固态电池积势待发尤可期

  日期：2024-10-13 作者: 新闻中心

  凭借高安全性及高能量密度等诸多优势，固态电池被视作锂离子电池领域的颠覆性技术，市场热度高企，吸引众多企业布局。虽然固态电池的技术路线尚未统一，但各方的技术竞赛和产业化探索已在加速。在此背景下，行业发展迅速，半固态电池已经取得阶段性产业化进展，全固态电池也正处于技术突破和量产化的关键时期。

  随着新能源汽车的蓬勃兴起与持续不断的发展，动力电池市场需求愈发强劲，电池性能提升成为行业着重关注的方向。目前，以磷酸铁锂电池与三元电池为代表的锂离子电池占据市场主流。但受限于材料体系，锂离子电池单位体积内的包含的能量已接近天花板，难以逐步提升，而且有机可燃电解液带来的安全性问题也极大地阻碍了其进一步应用。对锂离子电池高能量密度与高安全性的迫切需求推动电池体系加速升级、迭代，固态电池因此应运而生。

  固态电池是电极及电解质均为固态材料的二次电池。广义上，以电池中液态的含量为依据可以细分为半固态电池(5 wt%-10 wt%)、准固态电池(小于5 wt%)和全固态电池(0 wt%)。它与传统的锂离子电池工作原理相同，都是通过锂离子的脱嵌与迁移来实现电能与化学能的相互转换。

  固态电池具有独特的性能优势。安全性方面，固态电解质本身不可燃，且固态特性完全避免了电解液腐蚀、挥发、漏液等问题，固态电池的安全性能较传统锂离子电池大幅度提高。单位体积内的包含的能量方面，固态电解质电化学窗口宽，再搭配高电压正极与高比容量负极，电池单位体积内的包含的能量可以突破500Wh/kg，相当于目前三元锂离子电池的两倍，有望彻底消除电动车里程焦虑。此外，循环寿命长、功率高，低温性能优异，材料选择多样等特性将带动固态电池在动力电池、消费电子、储能、国防军工多领域的广泛应用。

  固态电池最大的特点在于固态电解质，根据电解质的材料不同，主要可大致分为聚合物、硫化物、氧化物等技术路线。三类材料各有优劣，技术路线呈现百花齐放态势。

  聚合物电解质弹性好，制备加工相对简单，是人们最早研究和进行实际应用的固态电解质。早在2011年，法国博洛雷公司就投用了以聚合物固态电池为动力的电动汽车。然而其化学稳定性较差，且需在60℃以上工作，大规模推广应用的难度较大。放眼全球，少数欧美企业仍选择聚合物路线。

  硫化物电解质具备综合性能优异，离子电导率高及易于加工等优势，是最有希望应用于动力电池的材料体系。但其不足之处在于化学稳定性差，在潮湿的空气中容易反应生成有毒的硫化氢气体，使得电池制备的难度与成本显著攀升。现阶段，硫化物全固态电池离实际的商业应用还有一定距离，日韩企业对该技术路线研究的较多，国内部分企业也在布局。

  氧化物电解质性能介于聚合物和硫化物之间，然而其硬度较高，界面问题突出，常常要经过改性或复合等手段才能够加以应用。另一方面，氧化物能够兼容少量液态电解质，构建出半固态电池，实现电池性能与制备难度的兼顾优化，率先达成大规模量产、应用。因此，国内固态电池企业大多采用氧化物技术路线。

  随着技术的不断突破与规模化效应的凸显，未来固态电池市场空间有望实现快速地增长。根据EVTank《中国固态电池行业发展白皮书(2024年)》数据，2030年全球固态电池的出货量预计达614.1GWh，主要以半固态电池为主，在锂离子电池中的市场占比为10%左右，市场规模将超过2500亿元。

  作为下一代先进电池技术，固态电池已然成为各国竞相角逐的技术新高地。美国、日本、韩国、欧洲等纷纷密集出台政策，通过加大财政补贴和提供税收优惠等方式大力推进固态电池产业的研发与商业化进程。

  我国固态电池领域也迎多重政策利好。在国家层面，2020年，国务院发布了《新能源汽车产业高质量发展规划(2021-2035年)》，明确将固态电池列入重点发展对象，强调加快固态动力电池研发技术及产业化。近两年，国家还在固态电池标准体系，电池性能等方面给出相应的政策指引，为行业发展提供了良好的外部环境。在地方层面，浙江、广东、吉林、湖南、江苏等多省份争相发力，推出一揽子行业支持性政策，助力固态电池产业生态构建。

  各路资本“跑步入场”，行业热度持续提升。融资方面，据不完全统计，2023年国内共有15家固态电池企业获得融资，融资事件19起，已披露融资金额超31亿元，融资规模创历史上最新的记录。其中，欣视界、金羽新能、索理德等企业更是完成多轮融资，投资方主要囊括了政府投资机构、创投机构及企业投资者等各种类型的市场主体。除此之外，汽车企业亦踊跃参与行业布局，2023年5月上汽集团向清陶能源追投了27亿元，此笔投资也成为该领域顶级规模的一笔融资款项。2024年，固态电池融资情况仍保持活跃，据高工锂电数据，1-7月国内已发生固态电池领域融资事件12起，其中10起分布在电池和固态电解质材料环节。

  投资方面，产业链建设如火如荼。据高工锂电不完全统计，2024年1-7月国内固态电池新增规划产能超过142GWh，总投资金额超640亿元，共涉及30个项目，其中签约/开工/招标项目达22个，项目规模以10GWh以下为主。

  虽然全固态电池具备诸多优势，但其产业化进程仍面临一定挑战。以硫化物全固态电池为例：首先是技术瓶颈尚待突破，如固态电解质导电性较差，导致电池倍率性能差；电极与电解质之间固-固界面阻抗高，极度影响电池循环寿命。其次是工程化难度大，硫化物电解质具有易与水发生反应的特性，正因如此，在工业放大量产的过程中，对关键材料的批次一致性要求更为严苛，对制造工艺的稳定性要求也更高。最后是应用经济性差，一方面，硫化物电解质原料硫化锂成本高，另一方面，全固态电池产业化仍处于0-1阶段，暂不具备规模效应，制造成本难以摊薄。

  半固态电池是液态电池向全固态电池迭代的过渡技术。相对于液态电池，其单位体积内的包含的能量较高，安全性也有所改善。与全固态电池比，由于半固态电池中仍保留了少量电解液，电极与固态电解质的界面相容性极大的提升，循环性能得到一定优化。此外，半固态电池的结构及制备设备与液态锂离子电池相似度高，基本能沿用现有的电池制造工艺，生产难度小于全固态电池，生产所带来的成本也较低，具备一定的商业化条件。

  为满足高性能电池的市场需求，半固态电池已初步达成量产上车的目标。2023年卫蓝新能源向蔚来正式交付360Wh/kg的半固态电池产品；2024年4月，清陶能源半固态电池在上汽智己L6上首发搭载，续航里程超1000公里。半固态电池产业化步伐持续加速，GGII预计2024年半固态电池装车量有望超过5GWh。与此同时，业界在全固态电池领域保持合作创新，加码技术、材料、工艺等方面的研发与突破。宁德时代、比亚迪、卫蓝新能源、清陶能源等多家企业计划2027年左右实现全固态电池的量产。未来，随技术的慢慢的提升以及成本的逐步降低，全固态电池或有望迈入大规模商业应用的全新阶段。

  固态电池兼具高安全性和高能量密度等优势，成为电池领域终极形态，在动力电池、消费电子、储能、国防军工多场景中展现出巨大的应用潜力。我国固态电池产业在国家政策与资本双重加持下，发展势头迅猛。其中，半固态电池成功实现上车，全固态电池正进行量产攻关。多方协同奋进，通过技术创新及产业合作，一同推动固态电池大规模商业化进程，开启能源存储的新篇章。